第三章 热量传递

1、第四章 热量传递 传热即热量传递，凡是有温度差存在的地方，必然传热即热量传递，凡是有温度差存在的地方，必然有热的传递有热的传递，传热是极为普遍的一种能量传递过程，化传热是极为普遍的一种能量传递过程，化学工业与传热的关系尤为密切。学工业与传热的关系尤为密切。传热在化工生产中的应用传热在化工生产中的应用：物料的加热、冷却或者冷凝、蒸发过程。物料的加热、冷却或者冷凝、蒸发过程。传动、传热和传质同时发生的综合过程。传动、传热和传质同时发生的综合过程。化学过程中的放热反应和吸热反应。化学过程中的放热反应和吸热反应。化工设备和管道的保温，以减少热损失。化工设备和管道的保温，以减少热损失。生产中热能的合理利

2、用，废热回收。生产中热能的合理利用，废热回收。 4.1 概 述传热的基本方式传热的基本方式 热的传递是由于物体内部或物体之间的温度不同热的传递是由于物体内部或物体之间的温度不同而引起的。当无外功输入时，根据热力学第二定律，而引起的。当无外功输入时，根据热力学第二定律，热总是自动地从温度较高的部分传给温度较低的部分，热总是自动地从温度较高的部分传给温度较低的部分，或是温度较高的物体传给温度较低的物体。根据传热或是温度较高的物体传给温度较低的物体。根据传热机理的不同，传热的基本方式有传导机理的不同，传热的基本方式有传导传热传热、对流、对流传热传热和辐射和辐射传热传热三种。三种。 机理：依靠物体内自

3、由电子的运动或分子在平衡位置机理：依靠物体内自由电子的运动或分子在平衡位置的振动来传递热量。的振动来传递热量。 当物体的内部或两个直接接触的物体之间存在着温度当物体的内部或两个直接接触的物体之间存在着温度的差异时，物体中温度较高的部分的分子因振动而与相邻的差异时，物体中温度较高的部分的分子因振动而与相邻分子碰撞，并将能量的一部分传给后者，热能就从物体的分子碰撞，并将能量的一部分传给后者，热能就从物体的较高部分传给温度较低的部分或从一个温度较高的物体传较高部分传给温度较低的部分或从一个温度较高的物体传递给直接接触的温度较低的物体。递给直接接触的温度较低的物体。传导传导特点：物体的分子或质点不发生

4、宏观的相对位移。特点：物体的分子或质点不发生宏观的相对位移。金属固体中，导热起主要作用的是自由电子的运动；金属固体中，导热起主要作用的是自由电子的运动；不良导体的固体和大部分的液体中，导热是通过质点振动，不良导体的固体和大部分的液体中，导热是通过质点振动，能量从一个分子传递到另一个分子；能量从一个分子传递到另一个分子；气体中，导热则是由于分子的不规则运动而引起的。气体中，导热则是由于分子的不规则运动而引起的。 导热：固体中导热：固体中 热传递的主要方式热传递的主要方式 流体中流体中 并不显著并不显著4.2 热传导热传导 4.2-1 傅立叶定律傅立叶定律 ntAdQddd dQ/d 热传导速率，

5、热传导速率，W或或J/s； A 导热面积，导热面积，m2； dt/dn 温度梯度，温度梯度，K/m； 导热系数，导热系数，W/(mK)。t1t2tndn经过大量实验，可得： 负号表示传热方向上的温度梯度为负负号表示传热方向上的温度梯度为负 表征材料导热性能的物性参数表征材料导热性能的物性参数 导热系数导热系数 越大，导热性能越好越大，导热性能越好说明：说明：ddQ 对稳定热传导对稳定热传导 dndtA单位时间内传导的热量单位时间内传导的热量Aq称为热流密度或热通量4.2-2 导热系数导热系数 dndtA/ 在数值上等于单位温度梯度下的热通量。在数值上等于单位温度梯度下的热通量。 是是分子微观运

6、动的宏观表现。分子微观运动的宏观表现。 = f( = f(结构、组成、密度、温度、压力）结构、组成、密度、温度、压力） 各种物质的导热系数各种物质的导热系数 金属固体金属固体 非金属固体非金属固体 液体液体 气体气体 1)1)固体固体 金属：金属： 纯金属纯金属 合金合金 非金属：同样温度下，非金属：同样温度下， 越大，越大， 越大。越大。2)2)液体液体 金属液体金属液体 较高，非金属液体较高，非金属液体 低，低，水的水的 最大。最大。t t ， （除水和甘油）（除水和甘油） 一般来说，纯液体的大于溶液一般来说，纯液体的大于溶液3)3)气体气体t t ，气体不利于导热，但可用来保温或隔热液体

7、混合物的导热系数液体混合物的导热系数 混合液和各组分的导热系数混合液和各组分的导热系数W/(mW/(m)或或W/(mW/(mK)K)； ai各组分的质量分数；各组分的质量分数； K K 常数，对一般混合物或溶液为常数，对一般混合物或溶液为1.01.0，对有机物的，对有机物的水溶液为水溶液为0.90.9。mi 、niiimaK1质量加和法进行估算：质量加和法进行估算：气体混合物的导热系数气体混合物的导热系数iyiM 气体混合物中各组分的导热系数气体混合物中各组分的导热系数W/(mW/(m)或或W/(mW/(mK)K)； 各组分的摩尔分数；各组分的摩尔分数； 各组分的摩尔质量，各组分的摩尔质量，g

8、/mol.g/mol. im、niiiniiiimMyMy131131/)()(摩尔加和法进行估算：摩尔加和法进行估算： 1. 1. 通过单层平面壁的稳定热传导通过单层平面壁的稳定热传导假设：假设： A A大，大，小；小； 材料均匀；材料均匀； 温度仅沿温度仅沿n n变化，且不变化，且不随时间变化。随时间变化。t1t2tndn4.2-3 通过平面壁的稳定热传导通过平面壁的稳定热传导 热流量或传热速率，热流量或传热速率，W W或或J/sJ/s； A A 平壁的面积，平壁的面积，m m2 2； 平壁的厚度，平壁的厚度，m m； 平壁的导热系数，平壁的导热系数，W/(mW/(m)或或W/(mW/(m

9、K)K)； t t1 1, t, t2 2 平壁两侧的温度，平壁两侧的温度，。AttttA2121将微分方程写成代数方程的形式后，可得：将微分方程写成代数方程的形式后，可得：讨论：讨论： 热阻推动力Rt1 1可表示为可表示为ttt()12推动力：推动力：AR热阻：热阻： 2. 2. 通过多层平面壁的稳定热传导通过多层平面壁的稳定热传导假设：假设： A A大，大，小；小； 材料均匀；材料均匀； 温度仅沿温度仅沿x x变化，变化， 且不随时间变化。且不随时间变化。 各层接触良好，接各层接触良好，接触面两侧温度相同。触面两侧温度相同。t1t211tx2323t2t4t3Att11211第一层第一层(

10、 (耐火砖）：耐火砖）： 第二层第二层( (保温砖）：保温砖）： Att22322第三层第三层( (青砖）：青砖）： Att33433AttAttAtt334322321121321对于稳定热传导：对于稳定热传导： 1111tA2222tA3333tA321332211tttAAA总热阻总推动力iiiiiiiRttAttAt413141推广至推广至n n层：层： niinniiinRttAtt111111 为多层串联壁面两边外表面的温度差，为多层串联壁面两边外表面的温度差， 为壁的层数，为壁的层数， 为壁层的序数。为壁层的序数。 11nttni式中：式中： 4.2-4 4.2-4 通过圆筒壁的

11、稳定热传导通过圆筒壁的稳定热传导 1. 通过单层圆筒壁的稳定热传导通过单层圆筒壁的稳定热传导边界条件边界条件 rrtt11时，rrtt22时，得：得：212121ttrrLdtdrr设设 不随不随t t而变而变 热流量或传热速率，热流量或传热速率，W W或或J/sJ/s； 导热系数，导热系数，W/(mW/(m)或或W/(mW/(mK)K)； t1,t2 圆筒壁两侧的温度，圆筒壁两侧的温度，； r1,r2 圆筒壁内外半径，圆筒壁内外半径，m m。12211221ln12ln2rrttLrrttL讨论：讨论： 上式可以写为上式可以写为rLA212rr AAAAAm2121ln/对数平均面积对数平均

12、面积 当当212rr，可以把圆筒的传热看成为壁厚为，可以把圆筒的传热看成为壁厚为面积为面积为)2(221rrlAm的平壁的热传导。的平壁的热传导。计算结果误差小于计算结果误差小于4%4% 热阻推动力mAttAAAAttrrrrrrttL2112122112121221lnln2 圆筒壁内的温度分布圆筒壁内的温度分布1111ln2ln/2rrLttrrttL212121ttrrdtLdrr上限从上限从rrtt22时，改为改为rrtt时，t tr r成对数曲线变化成对数曲线变化( (假设假设 不随不随t t变化变化) ) 2. 通过多层圆筒壁的稳定热传导通过多层圆筒壁的稳定热传导311413434

13、32323212121ln1)(2ln1)(2ln1)(2ln1)(2iiiirrttLrrttLrrttLrrttL对于对于n n层圆筒壁：层圆筒壁： niinniiiinniiiinRttAttrrttL1111m111111ln1)(2对于稳定热传导：对于稳定热传导： 344332332212211321ln)(2ln)(2ln)(2rrttlrrttlrrttl11121ln2trrl22232ln2trrl33343ln2trrlttttttrrrrrrl41321334223112)lnlnln(2ttttttrrrrrrl41321334223112)lnlnln(2niiiii

14、rrtl11ln12例：有一外径为100mm的蒸汽总管，外包扎= 0.1Wm-1K-1的保温材料层。饱和蒸汽温度为144(压强为405kPa)，周围平均温度以10计。包括敷装和维修的绝热材料费用为800元/米3，可以5年折旧计算(包括投资利率)。能源费用为8元/109J(约相当于20元/吨蒸汽)。试估算绝热层的经济厚度。 作为近似估算时，可忽略蒸汽膜(包括污垢层)、管壁及绝热层外壁空气膜的热阻，而认为热阻由绝热层决定。4.3-1 对流传热过程分析对流传热过程分析4.3-2 对流传热速率对流传热速率4.3-3 影响对流传热系数的因素影响对流传热系数的因素4.3-4 对流传热系数经验关联式的建立对

15、流传热系数经验关联式的建立 机理：机理：由于流体中质点发生相对位移和混合，而将热能由于流体中质点发生相对位移和混合，而将热能由一处传递到另一处。由一处传递到另一处。 分类分类自然对流：自然对流：流体质点的相对运动是因流体内部各处温度不同流体质点的相对运动是因流体内部各处温度不同而引起的局部密度差异所致。而引起的局部密度差异所致。强制对流：强制对流：用用机械能（如搅拌流体）使流体发生对流运动。机械能（如搅拌流体）使流体发生对流运动。对流传热对流传热 实质：实质：流体的质点携带着热能在不断的流动中，把热流体的质点携带着热能在不断的流动中，把热能给出或传入的过程。能给出或传入的过程。 对流传热的同时

16、，伴随着流体质点间的热传导，一般讨论对流传热的同时，伴随着流体质点间的热传导，一般讨论对流传热多指热由流体传到固体的壁面（或反之）的传热过程。对流传热多指热由流体传到固体的壁面（或反之）的传热过程。 将热量由流体传至固体壁（容器壁、导管壁等）或由固将热量由流体传至固体壁（容器壁、导管壁等）或由固体壁传入周围的流体。这种由壁面传热给流体或相反的过程，体壁传入周围的流体。这种由壁面传热给流体或相反的过程，也称为也称为给热给热。对流传热对流传热蓄热式间壁式直接混合三种换热方式给热给热 = 传导传热传导传热 + 质点位置移动引起的传热质点位置移动引起的传热4.3-1 对流传热过程分析对流传热过程分析

17、层流底层层流底层温度梯度大，热传导方式温度梯度大，热传导方式 湍流主体湍流主体温度梯度消失温度梯度消失 过渡区域过渡区域热传导和对流方式热传导和对流方式1. 对流传热过程对流传热过程对流传热对流传热是层流底层的热传导和层流是层流底层的热传导和层流底层外质点位移产生热传递的总称。底层外质点位移产生热传递的总称。湍流主体湍流主体 层流底层层流底层 t t传热边界层传热边界层A2A1tW tTW T传热壁传热壁冷流体冷流体热流体热流体 f 虚拟膜厚度虚拟膜厚度过渡区域过渡区域2. 流动边界层和传热边界层流动边界层和传热边界层（1 1）意义上的区别：）意义上的区别： 流动边界层：存在速度梯度的区域，表

18、示速度分流动边界层：存在速度梯度的区域，表示速度分布的情况。布的情况。 传热边界层：存在温度梯度的区域，表示温度分传热边界层：存在温度梯度的区域，表示温度分布的情况。布的情况。（2 2）厚度上的差异：）厚度上的差异： 流动边界层：流动边界层： 实际存在的实际存在的 传热边界层：传热边界层：i i =+=+f ff f ：人为引入的虚拟厚度，是与层流底层处热阻：人为引入的虚拟厚度，是与层流底层处热阻相当的厚度区域。相当的厚度区域。对流传热可以看作是在传热边界层内的热传导过程。对流传热可以看作是在传热边界层内的热传导过程。（3 3）引入传热边界层的意义：）引入传热边界层的意义：4.3-1 对流传热

19、过程分析对流传热过程分析化简分析拓广法-化简牛顿冷却定律的推导牛顿冷却定律的推导传热边界层：传热边界层：ibf 根据传热边界层的概念，根据传热边界层的概念，按傅里叶导热定律：按傅里叶导热定律：TtTWtWi i i虚拟传热边界层；虚拟传热边界层； b b层流底层厚度；层流底层厚度； f虚拟湍流或过渡流相当层流的膜厚度。虚拟湍流或过渡流相当层流的膜厚度。式中式中: :4.3-2 对流传热速率对流传热速率-牛顿冷却定律牛顿冷却定律)(wiTTA-分析i令：令：)(wTTA则：则：-牛顿冷却定律牛顿冷却定律4.3-2 对流传热速率对流传热速率-牛顿冷却定律牛顿冷却定律 对流传热速率，对流传热速率，W

20、 W或或J/sJ/s； 对流传热系数，对流传热系数，W/(mW/(m2 2K)K)或或W/(mW/(m2 2) ) ； T Tw w 壁温，壁温， ； T T 流体主体温度，流体主体温度， ； A A 热流体侧的器壁面积，热流体侧的器壁面积，m m2 2。)(wTTA对流传热速率：对流传热速率：牛顿冷却牛顿冷却（给热给热）定律定律2. 2. 复杂问题简单化表示。复杂问题简单化表示。 1. 1. 牛顿冷却定律是一种推论。牛顿冷却定律是一种推论。 RTATTTTAww1)(wTTTRA1推动力推动力：阻力阻力：讨讨 论：论：4.3-2 对流传热速率对流传热速率-牛顿冷却定律牛顿冷却定律4.3-3

21、影响对流传热系数影响对流传热系数 的因素的因素)(wTTA流体的种类液体、气体、蒸汽的给热系数不同；流体的种类液体、气体、蒸汽的给热系数不同；流体的物性流体的物性 ， ， ，C CP P等；等；流动形态流动形态 层流、过渡流、湍流层流、过渡流、湍流 湍湍 层层 流体对流状况流体对流状况 自然对流：流体质点的相对运动是因流体内自然对流：流体质点的相对运动是因流体内部各处的温度不同而引起的局部密度差异所致。部各处的温度不同而引起的局部密度差异所致。 强制对流：用机械能使流体发生对流运动强制对流：用机械能使流体发生对流运动（如搅拌流体）。（如搅拌流体）。 强强 自自 4.3-3 影响对流传热系数影响

22、对流传热系数 的因素的因素 是否发生相变是否发生相变 蒸汽冷凝、液体沸腾蒸汽冷凝、液体沸腾 相变相变 无相变无相变 传热面的形状，大小和位置传热面的形状，大小和位置 形状：如管、板、管束等；形状：如管、板、管束等； 大小：如管径和管长等；大小：如管径和管长等； 位置：如管子的排列方式（管或板是垂直位置：如管子的排列方式（管或板是垂直放置还是水平放置）。放置还是水平放置）。4.3-3 影响对流传热系数影响对流传热系数 的因素的因素4.3-4 对流传热系数经验关联式的建立对流传热系数经验关联式的建立1.1.因次分析因次分析 式中式中: l特性尺寸；特性尺寸； u特征流速。特征流速。qf (u、l、

23、 、 、T、cp、 、 g)基本物理量：长度基本物理量：长度L，时间，时间T，质量，质量M，温度，温度 ，热量，热量Q变变 量量 总总 数：数： 9 9个个)(wTTA牛顿给热定律：牛顿给热定律：TqAq则：q 热通量热通量-拓广q 可表示为幂函数的形式表示为幂函数的形式(伯明翰定理伯明翰定理-Birmingham)：ihpfedcbagcTlukq)(则上式中各物理量的单位及因次式为：则上式中各物理量的单位及因次式为：物物 理理 量量单单 位位因因 次次quLT cp gJ/m2sm / smKkg/ msJ/ mKskg/ m3J/kgKm / s2 KQ L-2 T -1 L T 1L

24、M L 1 T 1Q L-1 -1 T -1 M L 3Q M 1 -1L T 2 -1(1)4.3-4 对流传热系数经验关联式的建立对流传热系数经验关联式的建立QL-2T-1 =k(LT1)a (L) b ( ) c ( ML1T1) d ( QT1L1 -1) e ( ML -3 ) f (QM - 1 - 1 )h (LT 2 -1) i 因此（因此（1）式两边物理量的因次式分别为：）式两边物理量的因次式分别为：QL-2T-1 =kQ( e+h) L( a+b-d-e-3f+i) T( -a-d-e-2i) ( c-e-h-i) M ( d+f-h)根据因次式一致性原则，等式两边各物理量

25、的因次相等根据因次式一致性原则，等式两边各物理量的因次相等 对于热量对于热量Q 对于时间对于时间T 对于温度对于温度 对于质量对于质量M 对于长度对于长度L 1= e + h1=ade2i 0= ceh i 0= d + f h 2 = a + bde3f + i (2)4.3-4对流传热系数经验关联式的建立对流传热系数经验关联式的建立 用用a, h, i 表示另外几个字母表示另外几个字母 e = 1 h d =a + h 2i c= 1+ i f= a + 2i b= a + 3i 1 代入（代入（1）式，得：）式，得：ihpiahihaiiaagcTlukq)(212113ihpalTgc

26、lulTkq223TqihpalTgclukl223（3）式（式（3）为包括四个无因次准数群。）为包括四个无因次准数群。4.3-4 对流传热系数经验关联式的建立对流传热系数经验关联式的建立lNuluRe 努塞尔（努塞尔（Nusselt）准数）准数: : 雷诺（雷诺（Reynolds）准数）准数:2. 2. 对流传热中的几个准数及其物理意义对流传热中的几个准数及其物理意义 物理涵义：物理涵义：包含包含的准数，表明流体与器壁换热时，器的准数，表明流体与器壁换热时，器壁尺寸和流体物性的影响。壁尺寸和流体物性的影响。物理涵义：物理涵义：确定传热时流体流动的形态对器壁换热时确定传热时流体流动的形态对器壁

27、换热时的影响。的影响。4.3-4 对流传热系数经验关联式的建立对流传热系数经验关联式的建立pcPr223ltgGr普兰特（普兰特（Prandtl）准数）准数:格拉斯霍夫（格拉斯霍夫（Grashof）准数）准数:物理涵义：物理涵义：表明流体物理性质对传热的影响。表明流体物理性质对传热的影响。物理涵义：物理涵义：表明流体因受热膨胀对传热的影响，主要表明流体因受热膨胀对传热的影响，主要是自然对流对传热的影响。是自然对流对传热的影响。4.3-4 对流传热系数经验关联式的建立对流传热系数经验关联式的建立3. 3. 讨讨 论论（4 4）式中，准数）式中，准数ReRe，PrPr，GrGr确定了，确定了，Nu

28、Nu就确定了。就确定了。将（将（3 3）式的准数关联式可以写成：）式的准数关联式可以写成：)GrPrRe(，fNu （4）1.1. )GrPrRe(，fNu 适用于一般情况。适用于一般情况。 2. 2. 自然对流时，升力影响较大，自然对流时，升力影响较大，ReRe的影响可以忽略。的影响可以忽略。)GrPr(，fNu 3. 3. 强制对流时，代表自然对流的强制对流时，代表自然对流的 GrGr准数的可以忽略。准数的可以忽略。)PrRe(，fNu 写成幂函数的形式：写成幂函数的形式：mncNuPrRe c，m，n 可由实验确定可由实验确定4.3-4 对流传热系数经验关联式的建立对流传热系数经验关联式

29、的建立4. 圆形直管内的湍流时的准数关联式圆形直管内的湍流时的准数关联式mNuPrRe023. 08 . 0mpcdud)()(023. 08 . 0适用范围：适用范围： Re104，0.7 Pr 50半经验公式lNu4.3-4 对流传热系数经验关联式的建立对流传热系数经验关联式的建立4.1 4.1 热辐射的基本概念热辐射的基本概念4.2 4.2 斯蒂芬斯蒂芬波尔茨曼定律波尔茨曼定律4.3 4.3 两固体间的辐射传热两固体间的辐射传热 4 热热 辐辐 射射4.1 4.1 热辐射的基本概念热辐射的基本概念辐射传热以电磁波的形式进行热量传递的方式。 热射线在物理本质上与光射线一样服从反射和折射定律

30、。热射线在物理本质上与光射线一样服从反射和折射定律。当物体发射的辐射能投射到另一物体的表面上时，一部分被物当物体发射的辐射能投射到另一物体的表面上时，一部分被物体吸收体吸收(q(qA A),),一部分被反射回去一部分被反射回去(q(qR R), ), 一部分透过物体一部分透过物体(q(qD D), ), 其其中被吸收的这部分可以转化为热能。中被吸收的这部分可以转化为热能。1qqqqqqDRA1DRAqqqqDRAqqDDqqRR吸收率为吸收率为qqAA反射率为反射率为透过率为透过率为4.1 4.1 热辐射的基本概念热辐射的基本概念黑体黑体：能吸收全部辐射能的物体。：能吸收全部辐射能的物体。 A

31、=1, R=D=0A=1, R=D=0，镜体镜体：能全部反射辐射能的物体。：能全部反射辐射能的物体。 R=1, A=D=0 R=1, A=D=0黑体 白体 透热体 灰体4.1 4.1 热辐射的基本概念热辐射的基本概念透热体：透热体：辐射能全部透过物体。辐射能全部透过物体。D=1, A=R=0D=1, A=R=0。例如对称双原子气体。例如对称双原子气体O O2 2、N N2 2、H H2 2等都是透等都是透热体。热体。灰体：灰体：只能部分地吸收所有波长范围的辐射能。工业上只能部分地吸收所有波长范围的辐射能。工业上常见固体材料被称作常见固体材料被称作“灰体灰体”。 固体材料的吸收率和反射率的大小取

32、决于物体的固体材料的吸收率和反射率的大小取决于物体的性质，温度和表面状况。性质，温度和表面状况。4.1 4.1 热辐射的基本概念热辐射的基本概念灰体的黑度：灰体的黑度：灰体吸收辐射能的能力与同温度下黑体吸灰体吸收辐射能的能力与同温度下黑体吸收辐射能的能力之比，以收辐射能的能力之比，以表示表示qqAAAqAq说明：物体的黑度在数值上等于物体的吸收率说明：物体的黑度在数值上等于物体的吸收率4.1 4.1 热辐射的基本概念热辐射的基本概念材料材料温度温度红砖红砖200.93耐火砖耐火砖0.80.9钢板钢板(氧化的氧化的)2006000.8钢板钢板(抛光的抛光的)94011000.550.61铝铝(氧

33、化的氧化的)2006000.110.19铝铝(抛光的抛光的)2255750.0390.057铜铜(氧化的氧化的)2006000.570.87铜铜(抛光的抛光的)0.03铸铁铸铁(氧化的氧化的)2006000.640.78铸铁铸铁(抛光的抛光的)3309100.60.7某些工业材料的黑度某些工业材料的黑度4.1 4.1 热辐射的基本概念热辐射的基本概念4.2 斯蒂芬斯蒂芬-波尔茨曼定律波尔茨曼定律1. 普朗克定律 物体的辐射能与温度及其发射光波的波长有关。1251TCeCE(千卡米3时-1)式中：C1 = 0.3216 千卡米2时 C2 = 1.438710-2 米K2. 斯蒂芬波尔茨曼定律 黑

34、体的辐射能力与温度的四次方成正比。0510012deCdEETC,2TCx;,222dxTxCdTxC若令 则代入上式后，可得：)(906)4636266(11 -2-4040444214444421033244210344210时米千卡TCTTCCTCCdxxeeeTCCdxexTCCExxxx式中：C0-黑体的辐射系数，其值为5.77 Wm-2K-4。400100TCE黑体的辐射能力与绝对温度的四次方成正比。高温下辐射传黑体的辐射能力与绝对温度的四次方成正比。高温下辐射传热成为主要的传热方式。热成为主要的传热方式。物体的辐射能力物体的辐射能力-E :单位时间内物体单位面积发射总辐射能，单位

35、时间内物体单位面积发射总辐射能，因次为因次为W/m2。C0黑体辐射系数，黑体辐射系数，C0=5.77W/(m2K4)。黑体辐射能力黑体辐射能力E0与绝对温度与绝对温度T关系为：关系为：4.2 斯蒂芬斯蒂芬-波尔茨曼定律波尔茨曼定律实际物体的辐射能力：实际物体的辐射能力： 4400100100TCTCEE4.2 斯蒂芬斯蒂芬-波尔茨曼定律波尔茨曼定律 发射或反射的能量不一定能全部投射到对方物发射或反射的能量不一定能全部投射到对方物体上，因此，在计算两固体间辐射传热时，必须考体上，因此，在计算两固体间辐射传热时，必须考虑两物体的吸收率与反射率，形状与大小，以及两虑两物体的吸收率与反射率，形状与大小

36、，以及两者之间的距离和位置。者之间的距离和位置。4.3 两固体间的辐射传热两固体间的辐射传热42412121100100TTACqC1-2总辐射系数，它与两个灰体的黑度和相对位置有关总辐射系数，它与两个灰体的黑度和相对位置有关; A辐射面积，辐射面积，m2;角系数，表示物体角系数，表示物体1发射能量被物体发射能量被物体2截获的百分率。截获的百分率。 较高温度的物体较高温度的物体1 1传给较低温度的物体传给较低温度的物体2 2的辐射热量：的辐射热量：4.3 两固体间的辐射传热两固体间的辐射传热1211225.7711(1)CAA44121 215.77100100TTqA1212111225.7

37、75.7711(1)CCAA当被加热物很大，把热源包在里面:A2A1, =1,5.1 总传热系数和总传热速率总传热系数和总传热速率5.2 传热平均温度差传热平均温度差5.3 传热过程的强化途径传热过程的强化途径 5 传热过程的计算传热过程的计算5.4 传热过程的计算传热过程的计算2.5.1 总传热系数和总传热速率方程总传热系数和总传热速率方程 t2 t1dAT1 T2一、实际生产过程中的传热：一、实际生产过程中的传热：主要形式为对流传热和热传导过程。dddtcqdTcqdPMPM22,2,1 ,1 ,1tdtttdCcqcqtTddPMPM122,2,1 ,1 ,011)( 热流体以对流传热形

38、式将热量传给固体壁面一侧固体壁面一侧以热传导形式将热量传给壁面另一侧固体壁面另一侧以对流传热形式将热量传给冷流体对流对流对流对流热传导热传导twTw冷冷流流体体t热热流流体体T1. 1. 实际生产中的传热过程分析实际生产中的传热过程分析 （3 3）冷流体一侧对流）冷流体一侧对流111)(dATTdwmwwdAtTd)(2223)(dAttdw（1 1）热流体一侧对流）热流体一侧对流（2 2）壁间热传导）壁间热传导对于稳定传热对于稳定传热 321dddd2. 总传热速率dAdAdATTdw111)(1dAdAdAtTdmww)(2（1）（2）（3）dAdAdAdAdAdAdAtTdAdAdAtt

39、dAdAdAtTdAdAdATTdmwmwww22112211dAdAdAttdw232)(1式中：式中： K总传热系数，W/(m2K)。dAtKd3. 3. 总传热系数总传热系数推动力推动力:热阻热阻:tTt221111dAdAdARmdAKtd1则：RdAdAdAdAdAdAdAtTdm221122111dAdAdAdAdAdAKmtdttdAtKd121212120ln21ttttttdttdAKttA或或mtAKttttAK1212ln讨讨 论：论： 1 1当传热面为平面时，当传热面为平面时，A=AA=A1 1=A=A2 2=A=Am m12111 2 2传热面为圆筒时，传热面为圆筒时

40、，mmtAKAAAtT221111mmtAKrrrtTL2211112当当：212rr221rrrm1212lnrrrrrm式中：3.当圆筒壁厚度不大时，当圆筒壁厚度不大时，mtAK,21rrrm上式可简化为：注意：注意：式中221rrrm列管换热器总传热系数K的经验数据流体种类总传热系数K W/(m2K)水气体1260水水8001800水煤油350左右水有机溶剂280850气体气体1235饱和水蒸气水14004700饱和水蒸气气体30300饱和水蒸气油60350饱和水蒸气沸腾油290870一、恒温传热一、恒温传热tTttm二、变温传热二、变温传热 tm 与流体流向有关与流体流向有关2.5.2

41、. 传热平均温度差传热平均温度差逆流并流错流折流mtAK总传热速率方程以逆流为例以逆流为例mt假设：假设：1 1）定态传热、定态流动）定态传热、定态流动 2 2）CpCp1 1、CpCp2 2为常数为常数3 3）K K沿管长不变化沿管长不变化4 4）热损失忽略不计）热损失忽略不计2121lntttttm211tTt122tTtT2t1t2T1dTdtdAAtt2t1Tt1 1）也适用于并流）也适用于并流 111tTt222tTtT2t1t2T1At2t1t2121lntttttm2 2）较大温差记为）较大温差记为 t t1 1，较小温差记为，较小温差记为 t t2 23 3）当）当 t t1 1/ / t t2 222，则可用算术平均值代替，则可用算术平均值代替2/ )(21tttm21tttm4 4）当）当 t t1 1= = t t2 2，讨讨 论：论：mmtt流型）,(RPf1221ttTTR冷流体温升热流体温降1112tTttP两流体的最初温差冷流体温升mt：逆流时的平均温度差：逆流时的平